[發明專利]一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具

有效

• 申請號: 201610235058.3
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105781422B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 楊煥強;諶湛
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21B29/00
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙)42212
• 代理人: 胡清堂

1.一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，其特征在于：包括活塞(1)，所述活塞(1)包括活塞筒(1.1)、活塞頭(1.2)和活塞桿(1.3)，所述活塞筒(1.1)頂部設有與鉆具螺紋相連的接頭(1.1.1)，所述活塞頭(1.2)設置在活塞桿(1.3)頂部，所述活塞桿(1.3)底部設有推板(2)，所述活塞筒(1.1)底部兩側分別設有連接件(3)，兩個連接件(3)的內側壁上對稱設有銷軸(4)，兩個銷軸(4)上分別設有對稱設置的鍛銑造穴刀(5)，所述鍛銑造穴刀(5)的一側設有由內向外設置的硬質合金層(5.1)和PDC復合片層(5.2)組成的雙材料層結構，所述鍛銑造穴刀(5)的另一側設有由硬質合金層(5.1)和PDC復合片層(5.2)上下并列設置構成的單材料層結構，所述鍛銑造穴刀(5)的頂部為凸輪頭(5.3)，所述凸輪頭(5.3)為非對稱結構，所述凸輪頭(5.3)的靠近單材料層結構一側的頂部結構(5.3.1)高于凸輪頭另一側的頂部結構(5.3.2)。

2.根據權利要求1所述的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，其特征在于：所述活塞桿(1.3)軸向設有軸向通孔(1.3.1)，所述軸向通孔(1.3.1)內設有外壁與軸向通孔(1.3.1)內壁配合的導流管(6)，所述導流管(6)底部設有儲液腔(7)，所述儲液腔(7)兩端分別與銷軸(4)固定相連，所述儲液腔(7)底部設有出液孔(7.1)，所述鍛銑造穴刀(5)沿長度方向設有導液孔(5.4)，所述活塞筒(1.1)的內腔、軸向通孔(1.3.1)、導流管(6)、出液孔(7.1)和導液孔(5.4)形成液體通道。

3.根據權利要求2所述的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，其特征在于：所述儲液腔(7)端面周向邊緣分別向銷軸(4)一側延伸、并與銷軸(4)側壁套合相連，所述儲液腔(7)端面與銷軸(4)之間設有彈簧(8)，所述彈簧(8)兩端分別與儲液腔(7)端面和銷軸(4)相抵靠。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，其特征在于：所述銷軸(4)為多邊形。

5.根據權利要求4所述的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具，其特征在于：所述銷軸(4)為六邊形。

6.一種使用權利要求1至5中任一項所述的一種套管鍛銑和煤層造穴一體化工具進行套管鍛銑和煤層造穴的方法，其特征在于：

第一步：將套管鍛銑和煤層造穴一體化工具的接頭連接到鉆具的鉆柱上，送入預先鉆好的煤層井眼中設計造穴段的頂部；

第二步：在地面開動鉆機和泥漿泵，所述一體化工具在鉆柱的帶動下旋轉；此時，泥漿泵使用較小排量；活塞桿在鉆井液液壓的作用下向下運動一段距離，推動鍛銑造穴刀小角度張開，僅雙材料層結構的硬質合金層與煤層井眼中的套管接觸，對套管進行鍛銑；

第三步：套管鍛銑完成后，此時硬質合金層已被磨損，雙材料層結構的PDC復合片層露出，將所述一體化工具提升至設計造穴段的頂部，控制鉆柱的旋轉速度，加大泥漿泵排量，活塞桿在所述液壓的作用下繼續向下運動，推動鍛銑造穴刀繞銷軸從0°向90°張開；

第四步：觀察上返鉆井液中攜帶煤屑的數量，煤屑數量增多表明鍛銑造穴刀擺動一定角度，并開始破碎煤層；一段時間后，煤屑數量減少，并且所述一體化工具不憋鉆，此時鍛銑造穴刀已經張開到90°位置；接著控制所述一體化工具的向下運行速度，單材料層結構的PDC復合片層開始接觸煤層并進行造穴，單材料層結構的硬質合金層對下部套管進行鍛銑；

第五步：當所述一體化工具向下運行至設計造穴深度時，停止運行和停止鉆柱的旋轉，關閉泥漿泵；鍛銑造穴刀在自重的作用下恢復到豎直狀態；將所述一體化工具提升至煤層井眼口，造穴工作完成。